CN111331705A - 诱导纤维界面增强3d打印混凝土的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置及方法，包括打印头，所述的打印头包括挤出头，所述的挤出头通过万向调节器连接有磁场发生器；磁场发生器布置于挤出头运动方向的后侧。所述界面诱导纤维增强3D打印混凝土包含钢纤维的混杂纤维；3D打印过程中，所述磁场发生器提供外加定向磁场，使挤出头打印出的混凝土层中钢纤维发生定向偏转运动，穿过界面连接上下混凝土打印层。本发明3D打印混凝土体系中含有混杂纤维，钢纤维可以定向排列解决界面增强问题，其他非铁磁性纤维留在打印层内起到增强增韧的作用，磁场大小以及方向可以通过电磁铁自身条件或者万向调节器进行调节，以满足不同3D打印混凝土的工况的要求。

Description

诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置及方法
技术领域
本发明涉及混凝土3D打印技术领域，具体为诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置及方法。
背景技术
混凝土3D打印建筑结构技术凭借着其无模板、快速、数字化制造的特点，有望引领下一代建筑建造技术的革命，因而得到了显著的发展和关注。混凝土3D打印通过层层堆积的方式实现建筑构件的由“蓝图”到实体的成型。由于该工艺的特殊性及当前技术发展的限制性，尚不能实现增强钢筋与混凝土的同步打印增强，因而导致打印堆积过程中层层间的结合力较弱，且层层界面间没有纤维增强增韧，成为结构破坏的薄弱环节。从而限制了该技术更广泛的应用。
中国专利CN109680954A公开了一种层间加强技术，采用射钉枪的方式在每一层中射入短筋以连接上下层。但是该技术由于射入的短筋尺寸和数量密度难以控制，同时没有振捣工艺，射入短筋周围可能存在孔洞等缺陷，从而影响整体的强度及界面连接强度。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明一种提供诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置及方法，采用钢纤维与无机纤维、有机纤维构成混杂纤维增强的3D打印混凝土，在打印过程中，通过外加可控磁场，使受磁场磁化的钢纤维，沿磁场定向排列，发生运动，穿越打印层之间的界面，形成纤维连接层。其角度方向可随外界磁场任意调节，满足不同性能的3D打印混凝土要求，可同步解决混凝土3D打印及界面纤维的增强增韧。
具体的技术方案为：
诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置，包括打印头，所述的打印头包括挤出头，所述的挤出头通过万向调节器连接有磁场发生器；磁场发生器布置于挤出头运动方向的后侧。
所述磁场发生器为电磁铁、永磁体的一种或复合。
所述电磁铁为直流线圈电磁铁，磁场强度由电流大小控制；所述永磁体为钕铁硼、铝镍钴、钐钴、铁氧体中的一类。
诱导纤维界面增强3D打印混凝土的方法，使用上述的诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置，所述界面诱导纤维增强3D打印混凝土包含钢纤维的混杂纤维；3D打印过程中，所述磁场发生器提供外加定向磁场，使挤出头打印出的混凝土层中钢纤维发生定向偏转运动，穿过界面连接上下混凝土打印层。
进一步的，所述混杂纤维包括钢纤维，还包括耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、PVA纤维、PE纤维、PP纤维中的一种或几种。
所述混杂纤维的在所述的界面诱导纤维增强3D打印混凝土中的体积掺量为0.1～7％，所述钢纤维的体积掺量0.1～5％。
本发明提供的诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置及方法，具有的有益效果：
(1)本发明在进行混凝土3D打印过程中，通过附加的外磁场使混凝土中的钢纤维磁化，并发生沿磁场方向的偏转运动，从而使体系内的钢纤维穿过界面定向排列，形成连接不同打印层的纤维连接，从而改善层间结合弱且无纤维增强增韧的问题。
(2)本发明3D打印混凝土体系中含有混杂纤维，钢纤维可以定向排列解决界面增强问题，其他非铁磁性纤维留在打印层内起到增强增韧的作用。
(3)本发明可以使大量钢纤维定向排列于层间，且不影响层内的纤维增韧，是整体获得良好的增韧效果。
(4)磁场大小以及方向可以通过电磁铁自身条件或者万向调节器进行调节，以满足不同3D打印混凝土的工况的要求和增强增韧的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置，包括打印头，所述的打印头包括挤出头1，所述的挤出头1通过万向调节器3连接有磁场发生器2；磁场发生器2布置于挤出头1运动方向的后侧。
所述磁场发生器2为电磁铁、永磁体的一种或复合。
所述电磁铁为直流线圈电磁铁，磁场强度由电流大小控制；所述永磁体为钕铁硼、铝镍钴、钐钴、铁氧体中的一类。
所述万向调节器3包含上下运动机构，调节所施加磁场强弱；同时可以实现空间任意方向的偏转，控制磁场方向从而调节钢纤维排布方向。
诱导纤维界面增强3D打印混凝土的方法，使用上述的诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置，所述界面诱导纤维增强3D打印混凝土包含钢纤维的混杂纤维；3D打印过程中，所述磁场发生器2提供外加定向磁场，使挤出头1打印出的混凝土层中钢纤维发生定向偏转运动，穿过界面连接上下混凝土打印层。
所述混杂纤维包括钢纤维，还包括耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、PVA纤维、PE纤维、PP纤维中的一种或几种。
所述混杂纤维的在所述的界面诱导纤维增强3D打印混凝土中的体积掺量为0.1～7％，所述钢纤维的体积掺量0.1～5％。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (6)

1.诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置，其特征在于：包括打印头，所述的打印头包括挤出头，所述的挤出头通过万向调节器连接有磁场发生器；磁场发生器布置于挤出头运动方向的后侧。
2.根据权利要求1所述的诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置，其特征在于：所述磁场发生器为电磁铁、永磁体的一种或复合。
3.根据权利要求2所述的诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置，其特征在于：所述电磁铁为直流线圈电磁铁，磁场强度由电流大小控制；所述永磁体为钕铁硼、铝镍钴、钐钴、铁氧体中的一类。
4.诱导纤维界面增强3D打印混凝土的方法，其特征在于，使用权利要求1到3任一项所述的诱导纤维界面增强3D打印混凝土的装置，所述界面诱导纤维增强3D打印混凝土包含钢纤维的混杂纤维；
3D打印过程中，所述磁场发生器提供外加定向磁场，使挤出头打印出的混凝土层中钢纤维发生定向偏转运动，穿过界面连接上下混凝土打印层。
5.根据权利要求4所述的诱导纤维界面增强3D打印混凝土的方法，其特征在于：所述混杂纤维包括钢纤维，还包括耐碱玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、PVA纤维、PE纤维、PP纤维中的一种或几种。
6.根据权利要求4或5所述的诱导纤维界面增强3D打印混凝土的方法，其特征在于：所述混杂纤维的在所述的界面诱导纤维增强3D打印混凝土中的体积掺量为0.1～7％，所述钢纤维的体积掺量0.1～5％。
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